NL8303792A - Apparatus provided with an measuring circuit based on an ISFET; ISFET SUITABLE FOR USE IN THE MEASURING CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ISFET TO BE USED IN THE MEASURING CIRCUIT - Google Patents
Apparatus provided with an measuring circuit based on an ISFET; ISFET SUITABLE FOR USE IN THE MEASURING CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ISFET TO BE USED IN THE MEASURING CIRCUIT Download PDFInfo
- Publication number
- NL8303792A NL8303792A NL8303792A NL8303792A NL8303792A NL 8303792 A NL8303792 A NL 8303792A NL 8303792 A NL8303792 A NL 8303792A NL 8303792 A NL8303792 A NL 8303792A NL 8303792 A NL8303792 A NL 8303792A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- isfet
- electrode
- measuring circuit
- drift
- source
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 10
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 230000006399 behavior Effects 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- -1 salt compound Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 241000206672 Gelidium Species 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010419 agar Nutrition 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000010291 membrane polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4148—Integrated circuits therefor, e.g. fabricated by CMOS processing
Description
* % * VO 5234 Uitvinders: - Hendrikus Cornel us Geert Ligtenberg - Jozef Gerhardus Maria Leuveld*% * VO 5234 Inventors: - Hendrikus Cornel us Geert Ligtenberg - Jozef Gerhardus Maria Leuveld
Inrichting voorzien van een op een ISFET gebaseerd meetcircuit; voor toepassing in het meetcircuit geschikte ISFET en werkwijze ter vervaardiging van een in het meetcircuit toe te passen ISFET.Device provided with a measuring circuit based on an ISFET; ISFET suitable for use in the measuring circuit and method for manufacturing an ISFET to be used in the measuring circuit.
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting waarin een meetcircuit is opgenomen, omvattende een ISFET als een chemisch selectieve ionensensor, een referentieëlektrode en een versterker die is voorzien van middelen ter handhaving van de drain - source stroom IQS 5 op een constante waarde.The invention relates to a device incorporating a measuring circuit, comprising an ISFET as a chemically selective ion sensor, a reference electrode and an amplifier provided with means for maintaining the drain source current IQS 5 at a constant value.
Het is bekend dat drifteffecten in ISFET sensoren, zoals de SigN^ en AlgOg gate ISFET sensoren zeer nadelig zijn voor de nauwkeurigheid en stabiliteit van op deze ISFET sensoren gebaseerde meetsystemen. Deze drifteffecten houden daarom een fundamentale beperking 10 van de toepasbaarheid van dergelijke sensoren in, in het bijzonder bij toepassingen op medisch gebied.It is known that drift effects in ISFET sensors, such as the SigN ^ and AlgOg gate ISFET sensors, are very detrimental to the accuracy and stability of measurement systems based on these ISFET sensors. These drift effects therefore imply a fundamental limitation on the applicability of such sensors, particularly in applications in the medical field.
Een ander nadeel van ISFET sensoren is de lange instel tijd die nodig is van het begin van een meting af tot het moment dat een aanvaardbaar stabiele meting kan worden uitgevoerd.Another drawback of ISFET sensors is the long setup time required from the start of a measurement to when an acceptably stable measurement can be taken.
15 De nauwkeurigheid, die voor een biomedische pH-sensor vereist is, is zeer hoog en dient ten minste 0,03 pH te bedragen binnen een meetperiode’van een aantal uren waarbij deze nauwkeurigheid liefst direct aan het begin van de meetperiode bereikbaar moet zijn. De huidige ISFET sensoren kunnen nauwelijks aan deze nauwkeurigheidseisen voldoen.The accuracy, which is required for a biomedical pH sensor, is very high and should be at least 0.03 pH within a measuring period of a number of hours, whereby this accuracy should preferably be reached immediately at the beginning of the measuring period. Current ISFET sensors can hardly meet these accuracy requirements.
20 Zo blijkt de drift op lange termijn van Al2Ο3 en Si3N4 pH ISFET membranen 0,02-0,06 pH/uur te bedragen terwijl daarbij de initiële drift nog veel hoger is en in het eerste bedrijfsuur van de sensor zelfs 0,1-0,2 pH/uur kan bedragen. Hieruit is duidelijk dat de thans in de techniek beschikbare ISFET sensoren in feite niet in de 25 biomedische sector toepasbaar zijn.For example, the long-term drift of Al2Ο3 and Si3N4 pH ISFET membranes appears to be 0.02-0.06 pH / hour, while the initial drift is even higher and even 0.1-0 in the first operating hour of the sensor. .2 pH / hour. It is clear from this that the ISFET sensors currently available in the art are in fact not applicable in the biomedical sector.
De uitvinding beoogt een oplossing te bieden voor bovenvermelde bezwaren.The object of the invention is to provide a solution to the above stated drawbacks.
Experimenteel is nu aan AlgQj pH ISFET membranen vastgesteld dat de drifteffecten en de instabiliteit van de ISFET sensoren terug te 30 voeren zijrvop een reversibel bulkpolarisatieproces van het AlgOg. Dit bulkpolarisatieproces wordt daarbij geïnduceerd door de wijze waarop de 8303792 -2- - I k hedendaagse ISFET versterkers worden bedreven en die berust op toepassing van gelijkstroom in het systeem: veranderingen in de elektrochemische interactie van de elektrolyt met hèt membraan worden gecompenseerd door bijstelling van de referentieëlektrode potentiaal met 5 behulp van een terugkoppelingssysteem zodanig dat de drain-source stroom constant blijft. Het gevolg hiervan is dat de referentie-source- en de drain-sourcepotentiaal continu werkzaam zijn. Tengevolge hiervan dragen alle vaste-stofdrifteffecten, waarbij de aangelegde spanningen de drijvende krachten zijn, bijvoorbeeld diëlektrische membraanpolarisatie, ionen-10 beweging in het dielektricum enz., bij tot de instabiliteit van de inrichting gedurende de gehele periode dat de genoemde spanningen (VDS en VRS) werkzaam zijn.It has now been experimentally determined on AlgQj pH ISFET membranes that the drift effects and instability of the ISFET sensors can be traced back through a reversible bulk polarization process of the AlgOg. This bulk polarization process is thereby induced by the way in which the 8303792 -2- - I k contemporary ISFET amplifiers are operated and which is based on the application of direct current in the system: changes in the electrochemical interaction of the electrolyte with the membrane are compensated by adjusting the reference electrode potential using a feedback system such that the drain-source current remains constant. As a result, the reference source and drain source potentials are continuously active. As a result, all solid drift effects, with the applied voltages being the driving forces, eg dielectric membrane polarization, ion movement in the dielectric, etc., contribute to the instability of the device throughout the period that said voltages (VDS and VRS ) are employed.
De bijdrage van het bulkpolarisatieproces van het Al 2¾ gate materiaal aan de potentiaal drift is bovendien goed beschrijfbaar 15 gebleken met de logaritmische betrekking:Moreover, the contribution of the bulk polarization process of the Al 2¾ gate material to the potential drift has proved to be well writable with the logarithmic relationship:
Λνρ = A + 1JΛνρ = A + 1J
waari n: ^Vp « spanningsdrift A * schaal factor voor de drift en amplitude 20 tQ * een de tijdafhankelijkheid beschrijvende tijd constante t = tijdsduur binnen welke de sensor werkzaam is bij continu bedrijf,where: ^ Vp «voltage drift A * scale factor for the drift and amplitude 20 tQ * a time dependency descriptive time constant t = length of time during which the sensor operates during continuous operation,
De uitvinding berust nu op de hierboven beschreven experi-25 menteel verworven inzichten en in overeenstemming hiermede wordt een inrichting van de in de aanhef vermelde soort verschaft die daardoor is gekenmerkt, dat de inrichting voorzien is van middel en„waarmede drift-effecten corrigeerbaar zijn op basis van de logaritmische betrekking:The invention now rests on the above-described experientially obtained insights and accordingly a device of the type mentioned in the preamble is provided, characterized in that the device is provided with means and with which drift effects can be corrected on basis of the logarithmic relationship:
Avp * A 1n(*/t0 + 1) 30 waarin de diverse symbolen de bovenvermelde betekenis bezitten.Avp * A 1n (* / t0 + 1) 30 in which the various symbols have the above-mentioned meaning.
Hoewel het aan de uitvinding ten grondslag liggende inzicht ontleend is aan experimenten met een AlgOg gate ISFET is de uitvinding niet tot dit type ISFET sensoren beperkt, maar is van toepassing op alle gevallen waarbij het driftverschijnsel het gevolg is van door een spanning teweeggebrachte vaste-stofeffecten.Although the underlying understanding of the invention has been derived from experiments with an AlgOg gate ISFET, the invention is not limited to this type of ISFET sensors, but applies to all instances where the drift phenomenon is due to stress-induced solid effects. .
8303792 if · -3-8303792 if · -3-
Volgens een uitvoeringsvorm is de inrichting volgens de uitvinding die daarbij is voorzien van een op het meetcircuit aangesloten correctiecircuit, dat een geheugencomponent bevat, daardoor gekenmerkt dat de drifteffecten corrigeerbaar zijn via de in de geheugencomponent 5 opgeslagen logaritmische betrekking met voor de kenmerkende grootheden A en t ingevulde waarden.According to an embodiment, the device according to the invention, which is thereby provided with a correction circuit connected to the measuring circuit, which contains a memory component, characterized in that the drift effects are correctable via the logarithmic relationship stored in the memory component 5 with the characteristic quantities A and t entered values.
Met behulp van de in vorenstaande alinea genoemde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding kan in gevallen waarbij de meetduur relatief kort is, een lange stabilisatieperiode toelaatbaar is 10 of wanneer minder hoge eisen aan de nauwkeurigheid kunnen worden gesteld, een lineaire correctie van de drift als een eerste benadering van de logaritmische correctie worden gerealiseerd.With the aid of the embodiment of the device according to the invention referred to in the preceding paragraph, a long stabilization period is permissible in cases where the measuring duration is relatively short, or when less stringent requirements can be imposed on the accuracy, a linear correction of the drift as a first approximation of the logarithmic correction can be realized.
Zonder de waarden A en t te kennen of te bepalen, kan men bij metingen waarvoor de lineaire correctie van de drift toelaatbaar is, onder 15 toepassing van de genoemde uitvoeringsvorm van de inrichting, die is voorzien van een op het meetcircuit aangesloten correctiecircuit ook zo te werk gaan dat van de inrichting eerst de tijdafhankelijkheid van de drift grafisch wordt vastgesteld. Op de aldus verkregen kromme worden de waarden van de drift opgezocht, geldend voor bijvoorbeeld t^ = 1 uur en 20 t2 = 4 uur na het aktiveringsbegin van de inrichting. Beide'punten worden vervolgens door een rechte verbonden en de helling van deze rechte in de geheugencomponent van het correctiecircuit ingevoerd. Bij later in de praktijk met behulp van de inrichting uit te voeren metingen vindt op basis van de in de geheugencomponent ingevoerde hellingshoek automatisch 25 correctie voor de drift plaats. Voor metingen die 1-4 uur na aktivering van de inrichting worden verricht. Het heeft echter voorkeur indien het drifteffect wordt tegengegaan in, liefst, zo volledig mogelijke mate.Without knowing or determining the values A and t, in measurements for which the linear correction of the drift is permissible, it is also possible to use the aforementioned embodiment of the device, which is provided with a correction circuit connected to the measuring circuit. work that the time dependence of the drift is first graphically determined. On the curve thus obtained, the values of the drift are looked up, valid for, for example, t 1 = 1 hour and 20 t 2 = 4 hours after the activation start of the device. Both points are then connected by a line and the slope of this line is entered into the memory component of the correction circuit. In the case of measurements to be carried out later in practice with the aid of the device, correction for the drift is automatically made on the basis of the angle of inclination entered into the memory component. For measurements taken 1-4 hours after activation of the device. It is preferred, however, if the drift effect is counteracted, preferably to the fullest extent possible.
In overeenstemming hiermede is volgens een voorkeursuitvoeringsvorm de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt door middelen tot pulserend 30 exciteren van de referentie-source potentiaal en de drain-source potentiaal VDS* Gebleken is dat veranderingen die optreden als gevolg van een over het ISFET membraan aangelegde spanning zoals het eerder genoemde bulkpolarisatieverschijnsel van het Alg03 gate materiaal kunnen worden geminimaliseerd door intermitterend activeren met een lage fre-35 kwentie en een korte activatietijd van de spanningen aan de referentie-elektrode en over de drain-source aansluitingen.Accordingly, according to a preferred embodiment, the device according to the invention is characterized by means of pulsating excitation of the reference-source potential and the drain-source potential VDS *, it has been found that changes occur as a result of a voltage applied across the ISFET membrane, such as the aforementioned bulk polarization phenomenon of the AlgO3 gate material can be minimized by intermittent activation with a low frequency fre-35 and a short activation time of the voltages at the reference electrode and across the drain-source terminals.
8303792 • s -4- ln het onderhavige geval zal de sensor de drift slechts vertonen gedurende de perioden dat het meetcircuit is ingeschakeld. In de periode dat het meetcircuit uitgeschakeld is, herstelt de sensor van het door de spanning teweeggebrachte drifteffect. De mate van drift blijkt 5 aldus te kunnen worden teruggebracht met een factor die globaal genomen gelijk is aan de werkelijke bedrijfsperiode, vergeleken met de drift, die het resultaat is van continue handhaving van de aangelegde spanningen.8303792 • s -4- In the present case, the sensor will only drift during the periods that the measuring circuit is switched on. During the period when the measuring circuit is switched off, the sensor recovers from the drift effect caused by the voltage. The degree of drift thus appears to be able to be reduced by a factor roughly equal to the actual operating period, compared to the drift resulting from continuous maintenance of the applied voltages.
Het intermitterend bedrijven van de inrichting volgens de uitvinding is ook met het oog op het toepassingsdoel van de inrichting geen 10 bezwaar. Zo kan voor de meeste toepassingen, waarbij de pH dient te worden bepaald, een pH-bemonsteringsfrekwentie van 1/sec worden aangehouden.Intermittent operation of the device according to the invention is also no objection in view of the application purpose of the device. Thus, for most applications where the pH must be determined, a pH sampling rate of 1 / sec can be maintained.
Gebleken is, dat tijdens de vervaardiging van een ISFET gemakkelijk een elektrische oplading van het oppervlak van het droge gate isolatiemateriaal kan optreden. De spanning die hiervan het gevolg is, zal 15 ook aanleiding geven tot polarisatie van het gate materiaal in een mate tot evenwicht met de heersende elektrostatische spanning is bereikt: tijdens opslag van de ISFET sensor kan deze derhalve voortdurend onder spanning staan. Wanneer een dergelijke ISFET in het kader van een meetcircuit volgens de uitvinding wordt blootgesteld aan een elektrolyt-20 oplossing waarin ook de referentieëlektrode gedompeld is, zal bij het sluiten van het meetcircuit het ISFET gate isolatiemateriaal neigen tot instelling van een nieuw evenwicht met de dan werkzame spanning, samengesteld uit de referentieëlektrodepotentiaal tezamen met een kleine bijdrage van de pH. Verwacht mag worden dat indien de referentieëlektrode-25 potentiaal en de statische spanning tijdens opslag aanmerkelijk zijn (bijvoorbeeld groter zijn dan 0,1 V) daarvan drift anomalieën en niet-reproduceerbare driftverschijnselen het gevolg zullen zijn. Daarom is het van belang dat de potentiaal aan het oppervlak van het ISFET gate isolatiemateriaal tijdens opslag zo goed mogelijk in overeenstemming is 30 met de referentieëlektrodepotentiaal tijdens de meting. In overeenstemming hiermede heeft de uitvinding eveneens betrekking op een ISFET die geschikt is voor toepassing in het meetcircuit volgens de uitvinding, waarbij op de ISFET chip een elektrode is aangebracht nabij het ISFET gate gebied, welke elektrode elektrisch in verbinding staat met de source 35 of met de bulk, waarbij de verbinding een hoge gelijkstroomimpedantie bezit in het werkgebied van de ISFET bij bedrijven ervan en de elektrode 8303792 ï * -5- vervaardigd is uit een materiaal waarbij het potentiaalverschil met de referentieëlektrode minimaal is. Door de verbinding van de bescherm-elektrode met de source of de bulk met een hoge gelijkstroomimpedantie uit te voeren, wordt bereikt dat de beschermelektrode niet interfereert 5 met het gedrag van de ISFET tijdens de beoogde toepassing daarvan. Een dergelijke situatie kan men bereiken indien de elektrische verbinding via een Zenerdiode of een avalanchediode loopt. Tijdens opslag kan deze elektrode ook direct worden kortgesloten met de source- of de bulkaansluitingen via een uitwendige verbinding.It has been found that electrical production of the surface of the dry gate insulating material can easily occur during the manufacture of an ISFET. The resulting voltage will also give rise to polarization of the gate material to an extent that equilibrium with the prevailing electrostatic voltage has been reached: therefore, the ISFET sensor may be continuously energized during storage. If, in the context of a measuring circuit according to the invention, such an ISFET is exposed to an electrolyte solution in which the reference electrode is also immersed, when the measuring circuit is closed, the ISFET gate insulating material tends to establish a new equilibrium with the then active voltage composed of the reference electrode potential together with a small contribution of the pH. It can be expected that if the reference electrode potential and the static voltage during storage are significant (e.g., greater than 0.1 V), drift anomalies and non-reproducible drift phenomena will result. Therefore, it is important that the potential at the surface of the ISFET gate insulating material during storage is as close as possible to the reference electrode potential during the measurement. Accordingly, the invention also relates to an ISFET suitable for use in the measuring circuit according to the invention, in which an electrode is arranged on the ISFET chip near the ISFET gate region, which electrode is electrically connected to the source 35 or to the bulk, the compound having a high DC impedance in the operating range of the ISFET in its operation and the electrode 8303792 * * -5- is made of a material where the potential difference from the reference electrode is minimal. By carrying out the connection of the protective electrode to the source or the bulk with a high DC impedance, it is achieved that the protective electrode does not interfere with the behavior of the ISFET during its intended application. Such a situation can be achieved if the electrical connection is via a Zener diode or an avalanche diode. During storage, this electrode can also be short-circuited directly to the source or bulk terminals via an external connection.
10 Teneinde te voldoen aan de wens dat tijdens opslag de potentiaal aan het oppervlak van het ISFET gate materiaal zo goed mogelijk in overeenstemming is met de referentieëlektrodepotentiaal tijdens de meting wordt bij de vervaardiging van de ISFET er voor gezorgd dat men op de ISFET chip een elektrode aanbrengt nabij het ISFET gate gebied, 15 vervaardigd uit een materiaal met een minimaal potentiaalverschil ten opzichte van de referentieëlektrode; de beschermelektrode elektrisch verbindt met de source of de bulk onder vorming van een hoge gelijkstroomimpedantie in het werkgebied van de ISFET tijdens bedrijven hiervan en men tussentie beschermelektrode en de ISFET gate een plaatse-20 lijk beheerst elektrolytisch contact realiseert.10 In order to meet the wish that during storage the surface potential of the ISFET gate material is as close as possible to the reference electrode potential during the measurement, the manufacture of the ISFET ensures that an electrode is placed on the ISFET chip. located near the ISFET gate region, made of a material with a minimal potential difference from the reference electrode; the shielding electrode electrically connects to the source or the bulk to form a high DC impedance in the operating area of the ISFET during operation thereof, and intermediate shielding electrode and the ISFET gate realize a locally controlled electrolytic contact.
Een zorgvuldige keuze van het elektrodemateriaal en van de referentieëlektrode verdient op grond van het vorenstaande sterke aanbeveling. In onderstaande tabel wordt van een aantal elektrodemateri-alen het potentiaalverschil, gemeten ten opzichte van een Ag/AgCl refe-25 rentieëlektrode, in een met bloed vergelijkbare oplossing van elektro^-lyten opgegeven. De metingen zijn daarbij uitgevoerd bij kamertemperatuur.Careful selection of the electrode material and of the reference electrode is recommended on the basis of the above. The table below shows the potential difference of a number of electrode materials, measured with respect to an Ag / AgCl reference electrode, in a solution of electrolytes similar to blood. The measurements were carried out at room temperature.
Tabel. Elektrochemische potentiaal (BIK] van-verschillende materialen, gemeten tegen een referentieëlektrode van het Ag/AgCl-type, in een fysio- 30 logische zoutoplossing bij kamertemperatuur.__Table. Electrochemical potential (BIK] of different materials, measured against a reference electrode of the Ag / AgCl type, in a physiological salt solution at room temperature.
Elektrode-materiaal EMK tegen referentieëlektrode van het Aq/AgCT-type Aluminium (Al) 750 mVElectrode material EMF against reference electrode of the Aq / AgCT type Aluminum (Al) 750 mV
Goud (Au) - 60 mVGold (Au) - 60 mV
Titaan (Ti) - 670 mVTitanium (Ti) - 670 mV
35 Zilver (Ag)__- 100 mV__ 8303792 -6-35 Silver (Ag) __- 100 mV__ 8303792 -6-
Uit bovenstaande tabel blijkt dat aluminium niet het meest gunstige elektrodemateriaal is in combinatie met de Ag/AgCl referentie-elektrode. Zilver is een duidelijk gunstiger materiaal en uiteraard zal de combinatie Ag/AgCl zelf het beste voldoen.The table above shows that aluminum is not the most favorable electrode material in combination with the Ag / AgCl reference electrode. Silver is a clearly more favorable material and of course the combination Ag / AgCl itself will work best.
5 Het eerdervermelde plaatselijk beheerste elektrolytische contact kan volgens een voorkeursuitvoeringsvorm zo worden bereikt dat men het ISFET gate gebied verontreinigt met een hygroscopische zout-verbinding,in het bijzonder NaCl, door onderdompeling in een NaCl-oplossing. Een andere mogelijkheid hiertoe is om zowel de elektrode 10 als het ISFET gate gebied te bedekken met een hydrogel, b.v agar-agar.The aforementioned locally controlled electrolytic contact can, according to a preferred embodiment, be achieved in such a way that the ISFET gate region is contaminated with a hygroscopic salt compound, in particular NaCl, by immersion in a NaCl solution. Another possibility for this is to cover both the electrode 10 and the ISFET gate region with a hydrogel, e.g. agar-agar.
De uitvinding wordt aan de hand van de tekening nader toegelicht. In de tekening toont figuur 1 een principeschema voor het pulserend exciteren van een ISFET; - 15 figuur 2 de invloed op de spanning van het pulserend exciteren figuur 3 grafisch het verloop van de drift bij een met een AlgO2 gate ISFET vergelijkbaar gebleken MAOSFET in geval van continu bedrijf (D=100%) en bij intermitterend bedrijven (0=10¾); en figuur 4 een ISFET die voorzien is van een elektrode nabij 20 het gate-gebied.The invention is further elucidated with reference to the drawing. In the drawing, Figure 1 shows a principle diagram for the pulsating excitation of an ISFET; - 15 figure 2 the influence on the voltage of the pulsating excitation figure 3 graphically the drift course in a MAOSFET that has proven to be comparable with an AlgO2 gate ISFET in continuous operation (D = 100%) and in intermittent operation (0 = 10¾ ); and Figure 4 is an ISFET provided with an electrode near the gate region.
In figuur 1 stelt 1 de combinatie van ISFET en referentie-elektrode voor; De pulse-generator wordt door 2 aanqeqeven, de versterker door 4 terwijl 3 de "Sample & Hold" voorstelt.In Figure 1, 1 represents the combination of ISFET and reference electrode; The pulse generator is indicated by 2, the amplifier by 4, while 3 represents the "Sample & Hold".
In figuur 2 is langs de Y-as de spanning uitgezet: in het 25 bovenste deel van figuur 2 de pulse-spanning en in het benedendeel de op de pulserende excitatie reagerende spanning. Langs de X-as is de tijd uitgezet. tp stelt de pulstijd en tc de cyclustijd voor. Het symbool n heeft betrekking op de n^® puls enzovoorts.In Figure 2 the voltage is plotted along the Y axis: in the upper part of Figure 2 the pulse voltage and in the lower part the voltage responsive to the pulsating excitation. Time is plotted along the X axis. tp represents the pulse time and tc represents the cycle time. The symbol n refers to the n ^ ® pulse and so on.
In figuur 3 is de afhankelijkheid van het driftgedrag aV van 30 de aktieve bedrijfsduur van de ISFET weergegeven in het geval van continue belasting, D = 100¾, en intermitterende belasting D = 10¾.Figure 3 shows the dependence of the drift behavior aV of the active operating time of the ISFET in the case of continuous load, D = 100¾, and intermittent load D = 10¾.
De in figuur 4 weergegeven ISFET met de bulk 4 uit p-Si en de n + source 5, n-'+drain 6 en de gate 7 is voorzien van elektrode 8 die via een Zenerdiode 9 verbonden is met de source 5.The ISFET shown in figure 4 with the bulk 4 from p-Si and the n + source 5, n - '+ drain 6 and the gate 7 is provided with electrode 8 which is connected via a Zener diode 9 to source 5.
8303792 -7-8303792 -7-
Uiteraard kan de uitvinding zoals hierboven besproken en in de tekening getoond is, worden gewijzigd zonder dat men daarbij het kader van de uitvinding verlaat.Of course, the invention as discussed above and shown in the drawing may be modified without departing from the scope of the invention.
83037928303792
Claims (13)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8303792A NL8303792A (en) | 1983-11-03 | 1983-11-03 | Apparatus provided with an measuring circuit based on an ISFET; ISFET SUITABLE FOR USE IN THE MEASURING CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ISFET TO BE USED IN THE MEASURING CIRCUIT |
| US06/665,808 US4701253A (en) | 1983-11-03 | 1984-10-29 | ISFET-based measuring device and method for correcting drift |
| CA000466881A CA1237770A (en) | 1983-11-03 | 1984-11-01 | Isfet-based measuring device and method for fabricating the isfet used therein |
| EP84201586A EP0140460B1 (en) | 1983-11-03 | 1984-11-02 | Isfet-based measuring device and method for fabricating the isfet used therein |
| DE8484201586T DE3476699D1 (en) | 1983-11-03 | 1984-11-02 | Isfet-based measuring device and method for fabricating the isfet used therein |
| JP59230518A JPH0765984B2 (en) | 1983-11-03 | 1984-11-02 | ISFET measuring apparatus and method |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8303792A NL8303792A (en) | 1983-11-03 | 1983-11-03 | Apparatus provided with an measuring circuit based on an ISFET; ISFET SUITABLE FOR USE IN THE MEASURING CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ISFET TO BE USED IN THE MEASURING CIRCUIT |
| NL8303792 | 1983-11-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8303792A true NL8303792A (en) | 1985-06-03 |
Family
ID=19842655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8303792A NL8303792A (en) | 1983-11-03 | 1983-11-03 | Apparatus provided with an measuring circuit based on an ISFET; ISFET SUITABLE FOR USE IN THE MEASURING CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ISFET TO BE USED IN THE MEASURING CIRCUIT |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4701253A (en) |
| EP (1) | EP0140460B1 (en) |
| JP (1) | JPH0765984B2 (en) |
| CA (1) | CA1237770A (en) |
| DE (1) | DE3476699D1 (en) |
| NL (1) | NL8303792A (en) |
Families Citing this family (57)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4879517A (en) * | 1988-07-25 | 1989-11-07 | General Signal Corporation | Temperature compensation for potentiometrically operated ISFETS |
| EP0493626B1 (en) * | 1990-12-21 | 1994-04-13 | KNICK ELEKTRONISCHE MESSGERÄTE GMBH & CO. | Output circuit for analogically indicating a measure signal, which is offset and gain corrected, and method for indicating the measuring signal |
| US5317275A (en) * | 1992-01-13 | 1994-05-31 | Orbital Sciences Corporation | Conductance measurement circuit with wide dynamic range |
| JP2541081B2 (en) * | 1992-08-28 | 1996-10-09 | 日本電気株式会社 | Biosensor and method of manufacturing and using biosensor |
| WO1994026029A1 (en) * | 1993-04-26 | 1994-11-10 | Unifet Incorporated | Method and apparatus for multiplexing devices having long thermal time constants |
| US5911873A (en) * | 1997-05-02 | 1999-06-15 | Rosemount Analytical Inc. | Apparatus and method for operating an ISFET at multiple drain currents and gate-source voltages allowing for diagnostics and control of isopotential points |
| SE9703957D0 (en) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | Pacesetter Ab | Method and device for sensing |
| SE9703958D0 (en) * | 1997-10-29 | 1997-10-29 | Pacesetter Ab | Method and device for determination of concentration |
| DE19857953C2 (en) * | 1998-12-16 | 2001-02-15 | Conducta Endress & Hauser | Device for measuring the concentration of ions in a measuring liquid |
| DE10151020A1 (en) * | 2001-10-16 | 2003-04-30 | Infineon Technologies Ag | Circuit arrangement, sensor array and biosensor array |
| US7232512B2 (en) * | 2004-08-25 | 2007-06-19 | Honeywell International, Inc. | System and method of sensitivity adjustment for an electrochemical sensor |
| CN100446417C (en) * | 2004-12-23 | 2008-12-24 | 中国科学院电子学研究所 | Differential circuit for reading out signal of integrated ISFET sensor based on two modes |
| TWI296709B (en) * | 2005-10-21 | 2008-05-11 | Univ Chung Yuan Christian | Ion sensing circuit with body effect reduction technique |
| US7581390B2 (en) * | 2006-04-26 | 2009-09-01 | Cummins Inc. | Method and system for improving sensor accuracy |
| CN101101272B (en) * | 2006-07-07 | 2010-10-13 | 中国科学院电子学研究所 | Biochemical microsensing integrated chip, its manufacture and mould preparation method |
| CA2672315A1 (en) | 2006-12-14 | 2008-06-26 | Ion Torrent Systems Incorporated | Methods and apparatus for measuring analytes using large scale fet arrays |
| US11339430B2 (en) | 2007-07-10 | 2022-05-24 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays |
| US8349167B2 (en) | 2006-12-14 | 2013-01-08 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for detecting molecular interactions using FET arrays |
| US8262900B2 (en) | 2006-12-14 | 2012-09-11 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays |
| JP5123316B2 (en) * | 2007-01-04 | 2013-01-23 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Method, detector and system for measuring sample concentration |
| JP5056398B2 (en) * | 2007-12-19 | 2012-10-24 | 株式会社豊田中央研究所 | Method of using sensor and sensor device |
| US8470164B2 (en) | 2008-06-25 | 2013-06-25 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays |
| US20100301398A1 (en) | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Ion Torrent Systems Incorporated | Methods and apparatus for measuring analytes |
| US20100137143A1 (en) | 2008-10-22 | 2010-06-03 | Ion Torrent Systems Incorporated | Methods and apparatus for measuring analytes |
| US20120261274A1 (en) | 2009-05-29 | 2012-10-18 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
| US8776573B2 (en) | 2009-05-29 | 2014-07-15 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
| AU2011226767B1 (en) | 2010-06-30 | 2011-11-10 | Life Technologies Corporation | Ion-sensing charge-accumulation circuits and methods |
| US8731847B2 (en) | 2010-06-30 | 2014-05-20 | Life Technologies Corporation | Array configuration and readout scheme |
| US11307166B2 (en) | 2010-07-01 | 2022-04-19 | Life Technologies Corporation | Column ADC |
| EP2589065B1 (en) | 2010-07-03 | 2015-08-19 | Life Technologies Corporation | Chemically sensitive sensor with lightly doped drains |
| DE102010040264A1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Method for determining the ion concentration or for determining a substance concentration in a solution |
| WO2012036679A1 (en) | 2010-09-15 | 2012-03-22 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
| EP2619564B1 (en) | 2010-09-24 | 2016-03-16 | Life Technologies Corporation | Matched pair transistor circuits |
| US9970984B2 (en) | 2011-12-01 | 2018-05-15 | Life Technologies Corporation | Method and apparatus for identifying defects in a chemical sensor array |
| US8821798B2 (en) | 2012-01-19 | 2014-09-02 | Life Technologies Corporation | Titanium nitride as sensing layer for microwell structure |
| US8747748B2 (en) | 2012-01-19 | 2014-06-10 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with conductive cup-shaped sensor surface |
| US8786331B2 (en) | 2012-05-29 | 2014-07-22 | Life Technologies Corporation | System for reducing noise in a chemical sensor array |
| US9080968B2 (en) | 2013-01-04 | 2015-07-14 | Life Technologies Corporation | Methods and systems for point of use removal of sacrificial material |
| US9841398B2 (en) | 2013-01-08 | 2017-12-12 | Life Technologies Corporation | Methods for manufacturing well structures for low-noise chemical sensors |
| US8962366B2 (en) | 2013-01-28 | 2015-02-24 | Life Technologies Corporation | Self-aligned well structures for low-noise chemical sensors |
| US8841217B1 (en) | 2013-03-13 | 2014-09-23 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with protruded sensor surface |
| US8963216B2 (en) | 2013-03-13 | 2015-02-24 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with sidewall spacer sensor surface |
| CN105283758B (en) | 2013-03-15 | 2018-06-05 | 生命科技公司 | Chemical sensor with consistent sensor surface area |
| US9835585B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-12-05 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with protruded sensor surface |
| CN105051525B (en) | 2013-03-15 | 2019-07-26 | 生命科技公司 | Chemical device with thin conducting element |
| US9116117B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-08-25 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with sidewall sensor surface |
| CN105264366B (en) | 2013-03-15 | 2019-04-16 | 生命科技公司 | Chemical sensor with consistent sensor surface area |
| US20140336063A1 (en) | 2013-05-09 | 2014-11-13 | Life Technologies Corporation | Windowed Sequencing |
| US10458942B2 (en) | 2013-06-10 | 2019-10-29 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor array having multiple sensors per well |
| CN105960592B (en) | 2013-09-18 | 2020-01-10 | 苏普拉传感器技术有限责任公司 | Chemical field effect transistor based on molecular receptor |
| EP3234575B1 (en) | 2014-12-18 | 2023-01-25 | Life Technologies Corporation | Apparatus for measuring analytes using large scale fet arrays |
| US10077472B2 (en) | 2014-12-18 | 2018-09-18 | Life Technologies Corporation | High data rate integrated circuit with power management |
| KR102593647B1 (en) | 2014-12-18 | 2023-10-26 | 라이프 테크놀로지스 코포레이션 | High data rate integrated circuit with transmitter configuration |
| JP7088541B2 (en) * | 2018-05-24 | 2022-06-21 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | Measuring device and measuring method |
| MX2021003289A (en) | 2018-09-21 | 2021-08-11 | Teralytic Holdings Inc | Extensible, multimodal sensor fusion platform for remote, proximal terrain sensing. |
| DE102021133958A1 (en) | 2021-12-21 | 2023-06-22 | Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg | Method for calibrating a measuring circuit, measuring circuit for an electrochemical sensor |
| DE102023000854A1 (en) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | Technische Universität Ilmenau, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Method for interference-reduced measurement and/or monitoring of the pH value of a medium and associated device |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1919406C3 (en) * | 1968-04-23 | 1981-11-05 | Naamloze Vennootschap Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven | Field effect transistor and its use in a circuit arrangement for a Miller integrator |
| US4020830A (en) * | 1975-03-12 | 1977-05-03 | The University Of Utah | Selective chemical sensitive FET transducers |
| US4207146A (en) * | 1977-01-12 | 1980-06-10 | Dragerwerk Aktiengesellschaft | Process for testing gases in body fluids for partial pressure and to a testing device therefor |
| US4273636A (en) * | 1977-05-26 | 1981-06-16 | Kiyoo Shimada | Selective chemical sensitive field effect transistor transducers |
| JPS5459199A (en) * | 1977-10-20 | 1979-05-12 | Olympus Optical Co Ltd | Ion concentration measuring apparatus |
| FR2410275A1 (en) * | 1977-11-28 | 1979-06-22 | Claude Bernard | Automatic calibrator for instruments measuring ionic activity - has A=D converter in digital circuitry having memory with stored program, and display |
| DE2917714C2 (en) * | 1979-05-02 | 1983-12-22 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt | Procedure for measuring with redox or ion-sensitive electrodes |
| US4269684A (en) * | 1979-10-01 | 1981-05-26 | Cordis Corporation | Apparatus for oxygen partial pressure measurement |
| US4384925A (en) * | 1980-10-24 | 1983-05-24 | Becton Dickinson And Company | Gas sensing unit with automatic calibration method |
| DE3047782A1 (en) * | 1980-12-18 | 1982-07-08 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | CIRCUIT FOR THE CORRECTION OF THE SENSOR OUTPUT SIZE |
| DE3267802D1 (en) * | 1981-09-04 | 1986-01-16 | Hoffmann La Roche | Method and apparatus for the calibration of sensors |
| US4411741A (en) * | 1982-01-12 | 1983-10-25 | University Of Utah | Apparatus and method for measuring the concentration of components in fluids |
| US4488556A (en) * | 1982-06-03 | 1984-12-18 | Critikon, Inc. | AC Mode operation of chemfet devices |
-
1983
- 1983-11-03 NL NL8303792A patent/NL8303792A/en not_active Application Discontinuation
-
1984
- 1984-10-29 US US06/665,808 patent/US4701253A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-11-01 CA CA000466881A patent/CA1237770A/en not_active Expired
- 1984-11-02 EP EP84201586A patent/EP0140460B1/en not_active Expired
- 1984-11-02 DE DE8484201586T patent/DE3476699D1/en not_active Expired
- 1984-11-02 JP JP59230518A patent/JPH0765984B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3476699D1 (en) | 1989-03-16 |
| EP0140460A1 (en) | 1985-05-08 |
| US4701253A (en) | 1987-10-20 |
| JPS60113143A (en) | 1985-06-19 |
| JPH0765984B2 (en) | 1995-07-19 |
| CA1237770A (en) | 1988-06-07 |
| EP0140460B1 (en) | 1989-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL8303792A (en) | Apparatus provided with an measuring circuit based on an ISFET; ISFET SUITABLE FOR USE IN THE MEASURING CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ISFET TO BE USED IN THE MEASURING CIRCUIT | |
| US20190079049A1 (en) | Non-faradaic, capacitively coupled measurement in a nanopore cell array | |
| Inzelt | Pseudo-reference electrodes | |
| US11268926B2 (en) | Liquid sample measurement device, liquid sample measurement method, and biosensor | |
| DE69921652D1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS ESTIMATION AND DISPLAY OF A CARDIAL EJECTION FACTION AND THE END DIASTOLIC VOLUME | |
| EP0429439A1 (en) | Improved technique for the measurement of high purity water. | |
| Gittens et al. | An improved microelectrophoresis apparatus and technique for studying biological cell surfaces | |
| EP0620420A1 (en) | Method and device for measuring the flow of an electrolytic fluid | |
| CN105378467A (en) | Blood component measurement device and blood component measurement method | |
| Jadhav et al. | Normal pulse voltammetry as improved quantitative detection mode for amperometric solvent polymeric membrane ion sensors | |
| Afshar et al. | Counter electrode based on an ion-exchanger Donnan exclusion membrane for bioelectroanalysis | |
| US6664776B2 (en) | Method and system for voltammetric characterization of a liquid sample | |
| JP2652890B2 (en) | How to measure hydrogen peroxide concentration | |
| JPS6366453A (en) | Ion electrode | |
| JPH11118756A (en) | Oxidation reduction potential-measuring device | |
| US3631338A (en) | Method and apparatus for determining galvanic corrosion by polarization techniques | |
| JPS63198861A (en) | Method for electrochemical measurement of solute concentration | |
| US3964981A (en) | Method for polarographic analysis using an electrode of tantalum/carbon material | |
| GB2117120A (en) | Anodic stripping voltameter | |
| JPS6136377B2 (en) | ||
| JP4758752B2 (en) | pH electrode | |
| JPH034640B2 (en) | ||
| JP2023080958A (en) | Measurement device having sensor for detecting water | |
| JP2518169B2 (en) | Liquid level detector | |
| JPH01308955A (en) | Reference electrode and measuring apparatus using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| BV | The patent application has lapsed |